燃气－蒸汽联合循环装置简介

联合循环装置的设想在燃气轮机发展早期就已经提出，大约在60年代初便有了较成熟的、利用排气余热的联合循环装置。此后以石油和天然气为燃料的联合循环装置得到了广泛的应用。以煤为燃料的"整体"联合循环发电装置正在兴起，许多国家都很重视燃煤联合循环装置的研究工作。联合循环装置的排气余热利用、煤气化和沸腾燃烧等几种主要形式。

排气余热利用型联合循环装置　这是最简单而且已成熟的方案(图1)。燃气轮机的约为 500℃的排气被引向余热锅炉，后者产生的蒸汽进入汽轮机,总的输出功率约是原燃气轮机的1.3～1.5倍。70年代末，这类装置的热效率已达 42～46%。随着燃气初温的提高，热效率可望达到50%以上。此外，它的运行机动性好、耗水少、基本投资低和占地面积小。排气余热利用型除图中的无补燃的以外，还有一类是带补燃的。它们的区别在于：锅炉中除引入燃气轮机的排气外，还加入燃料燃烧，以提高进入汽轮机的蒸汽参数和增大流量，使汽轮机的输出功率增加。在补燃时可采用价格较低的燃料。这类装置还可用来改造已有的蒸汽动力发电站，以提高其热效率。燃气－蒸汽联合循环装置燃气－蒸汽联合循环装置煤气化的燃煤联合循环装置　这种装置以煤为燃料，煤先在高压(2～3兆帕)的气化装置中气化为粗煤气，气化用的压缩空气引自压气机（即压缩机），气化用的蒸汽从汽轮机抽汽而来（图2）。粗煤气经净化后先至煤气膨胀透平作功，再作为燃气轮机的燃料进入燃烧室，其余部分原则上与图1的方案相同。这种装置能减少对环境的污染,随着燃气初温的提高,它在热效率方面的潜力也较大。主要问题是煤的气化和煤的净化还有待于解决，如气化效率、除尘和长期运行可靠性等。这种装置还处于中间工业试验阶段，热效率一般还低于常规蒸汽动力发电站。一些国家正研究用核能来提供煤的气化所需的热量和蒸汽。

沸腾燃烧的燃煤联合循环装置　这种联合循环装置分为用加压沸腾炉的和用常压沸腾炉的两类。

① 用加压沸腾炉:从压气机出来的压缩空气通向加压沸腾炉，燃烧后排出温度为850～900℃的烟气进入燃气透平。加压沸腾炉中所产生的蒸汽引向汽轮机（图3）。在这种装置中燃烧是在高压下进行的，故结构紧凑，便于向大容量发展。对劣质燃料的应用和减少环境污染都有较好的效果。对70年代末，已有数兆瓦级的中间试验装置并正常运行千余小时。但是，这种装置的热效率受到沸腾床温的限制（低于900℃），最高只能达 40%。同时，还有一些技术问题，如高温除尘、大型加压沸腾炉和高温耐磨蚀的燃气透平等尚有待解决。燃气－蒸汽联合循环装置燃气－蒸汽联合循环装置② 用常压沸腾炉:为了避开用加压沸腾炉联合循环装置的一些技术困难，70年代中期以来一些国家建造常压沸腾燃烧的燃煤联合循环装置（图4）。从压气机出来的压缩空气，在埋于沸腾床中的管道内被加热到700～800℃，然后再向燃烧室中喷入附加燃料把温度进一步提高，高温、高压空气引向燃气透平。燃气轮机的排气分别通入沸腾床和常规煤粉锅炉。由于进入燃气透平的基本上是干净的空气，技术上难度较小，易于实现商业运行，但其热效率潜力不大。

燃气–蒸汽联合循环装置，把燃气轮机和汽轮机装置联合而成的发电装置。

根据热力学第二定律，对于热力发动机，提高循环工作介质的加热温度，或者降低放热温度，都能提高热效率。随着技术的发展，20世纪90年代投入运行的燃气轮机初温已经达到1 200～1 400℃，但燃气轮机的排气温度也很高，一般在500～600℃，热效率最高只达39%。同时燃气轮机的工质流量又很大，大功率燃气轮机的排气流量在300千克/秒以上，有着大量可利用的热量。现代常规蒸汽轮机的放热温度比较低，燃气–蒸汽联合循环就是将燃气轮机和蒸汽轮机循环联合起来的使之既具有燃气轮机的高温加热，又具有蒸汽轮机的低温放热，实现热能的梯级利用，组成热效率更高的发电装置。具有供电效率高，电厂造价低，建设周期短，运行灵活性大，污染排放少等优点。80年代以来其技术得到迅速发展，投入运行的单机最大功率已达到400兆瓦，热效率可达到58%。它不仅已用作电网调峰和紧急备用机组，而且用于承担基本负荷。余热锅炉型联合循环装置　由燃气轮机、余热锅炉和汽轮机组成，使用燃料为天然气或矿物油（见图）。燃气轮机的排气被引入余热锅炉，利用排气中的热量加热余热锅炉的给水，产生的蒸汽送入汽轮机做功。在同样的燃料消耗量下，联合循环装置的总输出功率约为燃气轮机的1.5倍。余热锅炉型联合循环还有一种带补燃的，除引入燃气轮机的排气外，还补充燃烧一定量的燃料，以增大余热锅炉的蒸汽量，提高主蒸汽的参数，增大汽轮机的输出功率，但这时联合循环的热效率比无补燃情况下有所降低。整体煤气化燃气–蒸汽联合循环装置(IGCC)　由煤的气化及其净化系统和燃气–蒸汽联合循环装置两部分组成。煤在气化炉中气化成中热值或低热值煤气，经过净化处理后成为清洁的煤气，供给燃气轮机作燃料，既能得到较高的热效率，又有很好的环保性能。至2000年，电站热效率达到45%。增压流化床燃气–蒸汽联合循环装置(PFBC–CC)　由增压流化床锅炉，燃气轮机和汽轮机组成。空气经压气机压缩后送入增压流化床锅炉，与供入的煤和脱硫剂沸腾燃烧。产生的蒸汽进入汽轮机，产生的烟气（近850℃）经过除尘后，进入燃气轮机。联合循环装置的热效率现已达到40%～42%。 2100433B

《燃气轮机与燃气—蒸汽联合循环装置（上下册）》是一本全面介绍燃气轮机及其联合循环装置的著作，书中既有理论讲解又对现场具有很强的指导性。编写本书的主要目的是为了培养燃气轮机及其联合循环机组的运行和管理人员，并为设计研究人员提供深入学习设计、研究知识前的理论基础。全书共分二十五章，前十三章侧重于介绍燃气轮机的工作原理、性能、结构、调节控制系统以及某些必要的辅助设备和系统，后十二章则侧重于有关联合循环方面的工作原理、余热锅炉、汽轮机、轴系布置、技术经济分析等的论述。为了增强实用性，本书特别加强了对燃气轮机辅助设备和系统、燃气轮机和联合循环的调节控制系统、大型燃气轮机结构、联合循环电厂的应用实例、燃气轮机和联合循环机组的运行维护及联合循环机组的性能验收试验等内容的论述。

本书是一本全面介绍燃气轮机及其联合循环装置的著作，书中既有理论讲解又对现场具有很强的指导性。编写本书的主要目的是为了培养燃气轮机及其联合循环机组的运行和管理人员，并为设计研究人员提供深入学习设计、研究知识前的理论基础。全书共分二十五章，前十三章侧重于介绍燃气轮机的工作原理、性能、结构、调节控制系统以及某些必要的辅助设备和系统，后十二章则侧重于有关联合循环方面的工作原理、余热锅炉、汽轮机、轴系布置、技术经济分析等的论述。为了增强实用性，本书特别加强了对燃气轮机辅助设备和系统、燃气轮机和联合循环的调节控制系统、大型燃气轮机结构、联合循环电厂的应用实例、燃气轮机和联合循环机组的运行维护及联合循环机组的性能验收试验等内容的论述。

本书可供从事能源、发电工程、燃气轮机及燃气-蒸汽联合循环发电装置的科研、管理、运行、生产的工程技术人员和大专院校的师生阅读参考。